WO2013006875A1 - Shaft furnace for the heat-induced foaming of particles of a bulk material - Google Patents

Shaft furnace for the heat-induced foaming of particles of a bulk material Download PDF

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WO2013006875A1
WO2013006875A1 PCT/AT2012/000183 AT2012000183W WO2013006875A1 WO 2013006875 A1 WO2013006875 A1 WO 2013006875A1 AT 2012000183 W AT2012000183 W AT 2012000183W WO 2013006875 A1 WO2013006875 A1 WO 2013006875A1
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furnace shaft
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Horst Wustinger
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/005—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces wherein no smelting of the charge occurs, e.g. calcining or sintering furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02—Treatment
    • C04B20/04—Heat treatment
    • C04B20/06—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials
    • C04B20/066—Expanding clay, perlite, vermiculite or like granular materials in shaft or vertical furnaces

Definitions

  • bulk material in this sense an accumulation of solid, non-interconnected particles, with the individual particles being small in relation to the total amount.
  • Granules made of a mineral material such as perlite or pitchstone, which have a high proportion of network-forming (“glass-forming”) material - in the examples mentioned Si0 2 - and a significant proportion of trapped water of crystallization.
  • the writings DE 32 29 995 C1, DE 21 30 194 AI and GB 2112770 A show shaft furnaces for foaming Perlite wherein the furnace shaft is heated by a flame of its base burns up and where foamed bulk material entered into the lower part of the furnace shaft becomes. The foamed by the action of heat particles are sucked with the Feuerungsabgasen from the upper part of the furnace. Typically, by means of a cyclone separator combustion fumes and foamed particles are separated from each other.
  • the bulk material to be foamed is fed through the center of the base of the furnace shaft. The feed point is surrounded by burner nozzles for firing the furnace shaft. Disadvantageous This type of construction is the inadequate adjustability and reproducibility of the properties of the bulk material that can be produced thereby and that non-foamable material components accumulate in the furnace shaft.
  • DE 32 38 974 AI shows a shaft furnace for the foaming of bulk material from perlite particles, wherein the furnace shaft is heated by burning a flame from the center of the top surface forth in the furnace shaft.
  • the foamable bulk material is also introduced through the top surface in the furnace shaft, through several, typically 45 ° inclined channels through which the bulk material trickles in a star shape on the center of the furnace shaft, in which the flame burns.
  • the trickling of the bulk material is supported by controllably flowing compressed air, which also flows through the inclined channels and adjustable in terms of mass per time.
  • Combustion gases, foamed particles and possibly entrained air flow out of the furnace shaft through the lower end face of the furnace shaft designed as a funnel. Combustion gases and particles are separated by separators. Heat from the combustion exhaust gas is used to preheat the still-to-be-foamed bulk material before entering the furnace shaft.
  • the US 3627285 A and US 3732071 A show shaft furnaces for foaming a bulk material of perlite particles, wherein the foaming particles are introduced through an opening at the upper end of the furnace shaft in the furnace shaft, the furnace shaft heated directly by an opening into this furnace and wherein foamed particles and combustion exhaust gases leave the furnace shaft through the lower end face.
  • firing is carried out by several flames, which open into the jacket shaft in the lateral surface of the furnace shaft through these nozzles.
  • the temperature profile over the height of the furnace shaft can be better adjusted become.
  • a disadvantage of all constructions with furnace shafts directly heated by flames is that the material to be foamed comes into direct contact with the flames and thus absorbs combustion residues that cause turbulence of the flow through the flames, causing doughy material to reach the shaft wall and stick there, and that the controllability of the temperature profile over the height of the furnace shaft is still difficult.
  • the CN 201158620 Y, WO 2009/009817 AI, AT 504051 AI and EP 353860 A2 show shaft furnaces for foaming a bulk material of pearlite particles wherein the shaft furnace has a central vertical furnace shaft through which the foaming particles flows from top to bottom and which is heated by a running along its height, arranged outside its lateral surface heat source.
  • the shaft furnace has a central vertical furnace shaft through which the foaming particles flows from top to bottom and which is heated by a running along its height, arranged outside its lateral surface heat source.
  • the cross-sectional area of the furnace shaft is flat rectangular
  • the lateral surface of the furnace shaft is made of glass ceramic
  • the heating of the volume of the furnace shaft is mainly by heat radiation, which from the outside the lateral surface of the furnace shaft arranged heating source is generated and penetrates through the glass ceramic.
  • the problem underlying the invention is to provide a shaft furnace for the heat-induced foaming of the particles of a bulk material, in which the properties of the foamed particles are so finely and reproducibly adjustable as in the best in this regard shaft furnaces.
  • the adhesion of material to the inside of the lateral surface of the furnace shaft should be better avoided.
  • the gas supplied is already at least approximately heated to the prevailing in the furnace shaft maximum temperature when it flows into the furnace shaft.
  • the stream of foaming particles in the furnace shaft remains more focused than in the previously known construction methods in the middle cross-sectional area and that less or no vortexes of flowing gas are formed in the furnace shaft, in which otherwise the smallest and smallest The lightest of the particles of foaming material in the furnace shaft rotate so long and liquefy more and more, until they finally come into contact with the outer surface of the furnace shaft and stick to this.
  • the lateral surface of the furnace shaft distributed over its surface additionally many small openings through which preheated gas flows into the furnace shaft. This results in the furnace shaft, a flow away from the lateral surface, whereby the risk is further reduced that sticky particles reach the lateral surface.
  • the lateral surface of the furnace shaft is formed from a plurality of partial surfaces of glass ceramic and openings of the lateral surface extend along abutting surfaces between adjacent such partial surfaces. This construction is particularly efficient, easy to manufacture and robust.
  • Fig. 1 shows in a stylized, not to scale Dar ⁇ position for understanding important parts of an exemplary shaft furnace according to the invention in a side partial sectional view.
  • FIG. 1 of the furnace shaft 1 in which determination takes place according to the foaming of particles, since ⁇ Lich limited by a casing surface 2 which may for example be formed by a steel tube or by a plurality of surfaces made of glass ceramic.
  • the lateral surface 2 is enclosed radially by an annular gap 3, in which heating elements 4 are located.
  • the annular gap 3 is enclosed by an insulating wall 5.
  • the open lower end face of the furnace shaft 1 opens into a funnel 11 with a cooled jacket surface.
  • the funnel opens with its lower, lower opening in a tube 12th
  • the bulk material to be inflated particles is arranged in the hopper 7 at the top of the upper end face 6. It trickles through a truncated cone-shaped annular gap whose thickness is adjustable by a movable, frusto-conical closure part, from above into the furnace shaft 1 and falls down in this, wherein it is heated and inflated.
  • the furnace shaft 1 tapers to a funnel 11, which may have a cooled lateral surface and finally empties into a pipe 12.
  • a funnel 11 which may have a cooled lateral surface and finally empties into a pipe 12.
  • the particles therefore do not strike the funnel 11, because they tend to fall in the middle of the shaft through the forced passage in the shaft shaft 1 than at the shaft walls and because in the furnace shaft 1 forced down flowing gas in the region of the constricted by the funnel walls Flow cross-section at a relatively high speed approximately parallel to the funnel walls to the opening to the pipe 12 out and thereby entrains the already frothy light particles in the pipe 12 before they can touch the funnel walls. It is advantageous to adjust the gas flow through the furnace shaft 1 so strong that really get no or only extremely few particles on the walls of the hopper 11, as these particles otherwise stick there and soon build a strong disturbing cake in tedious and frequent maintenance again must be removed.
  • the pipeline 12 is acted upon by a gas flow, through which the particles are cooled and thus solidified and then moved via a separator or a filter in a storage container.
  • the gas flow is generated by a suction device, for example a fan impeller, which is located downstream from the point of introduction of the funnel 11 and not shown.
  • the suction device is also arranged downstream of the separator or filter for the separation of foamed particles from the conveying gas flow.
  • a valve 13 is disposed in the conduit 12. Depending on how much this valve 13 is open or closed, flows less or more gas flow out of the furnace shaft 1 or through the valve 13 in the line 12th
  • heating elements 4 heat the gas contained in the annular gap 3, so that the gas flowing from the annular gap 3 in the furnace shaft gas is already heated at least approximately to the softening temperature of the material to be foamed.
  • this gas thus has approximately the same temperature as the gas already in the furnace shaft, it calls in the furnace shaft 1 as well as no turbulent flows, which would increase the risk that aufMumende particles reach the lateral surface 2.
  • volume of the different gas flows can also be set in a different way than by means of the illustrated valves.
  • the gas flowing through the furnace shaft 1, the annular gap 3 and the various lines of gas is normally more or less strongly heated air from the environment.

Abstract

The invention relates to a shaft furnace for the heat-induced foaming of particles of a bulk material, wherein the particles to be foamed pass into the furnace shaft (1) through the upper end face (6) thereof, flow through said shaft from the top to the bottom and are thereby heated and foamed, wherein the heating of the furnace shaft (1) is performed by heat sources (4) arranged outside and along the circumferential surface (2) of the furnace shaft (1) and wherein, in addition to the stream of particles to be foamed, gas also flows from top to bottom through the furnace shaft (1). In the upper part of the containment of the furnace shaft (1) there are separate feeds for the feeding in of the particles to be foamed of the bulk material and the flowing of gas into the upper part of the furnace shaft (1), wherein the openings for the feeding in of the particles to be foamed lie further away from the circumferential surface (2) of the furnace shaft (1) than the openings (8) for the feeding in of the gas.

Description

Schachtofen für das hitzebedingte Aufschäumen von Partikeln eines Schüttgutes  Shaft furnace for the heat-induced foaming of particles of a bulk material
Mit „Schüttgut" ist in diesem Sinne eine Ansammlung von festen, nicht miteinander verbunden Partikeln gemeint, wobei die einzelnen Partikel im Verhältnis zur Gesamtmenge klein sind. Ein sehr wichtiger Anwendungsfall ist die Herstellung eines Schüttgutes mit geringer Dichte und hoher Wärmeisolationsfähigkeit durch Aufschäumen von Partikeln eines Granulates aus einem mineralischen Material wie beispielsweise Perlit oder Pechstein. Diese weisen einen hohen Anteil an netzwerkbildendem („glasbildendem") Material - bei den genannten Beispielen Si02 - sowie eine nennenswerten Anteil an eingeschlossenem Kristallwasser auf. Bei „normaler Temperatur" sind diese Partikel feste Steinchen. Bei Temperaturen über etwa 700 °C werden die netzwerkbildenden Materialanteile teigig weich; das eingeschlossene Kristallwasser verdampft und bläht das teigige Material auf. Mit dem Abkühlen verfestigen die Partikel wieder und haben den einen hohen Volumenanteil an Poren. Idealerweise werden dabei Kügelchen mit gleichmäßigem geringem spezifischen Gewicht und glasartiger, geschlossen erscheinender Oberfläche gebildet. By "bulk material" is meant in this sense an accumulation of solid, non-interconnected particles, with the individual particles being small in relation to the total amount.A very important application is the production of a low-density bulk material with high heat-insulating capacity by foaming of particles Granules made of a mineral material such as perlite or pitchstone, which have a high proportion of network-forming ("glass-forming") material - in the examples mentioned Si0 2 - and a significant proportion of trapped water of crystallization. At temperatures above about 700 ° C, the network-forming parts of the material become doughy soft, the trapped water of crystallization vaporizes and swells the doughy material, and when cooled, the particles solidify again and have a high volume fraction Pores Ideally, beads of uniform low specific gravity and vitreous, seemingly closed surface are formed.
Die Schriften DE 32 29 995 Cl, DE 21 30 194 AI und GB 2112770 A zeigen Schachtöfen für das Aufschäumen von Perlite wobei der Ofenschacht beheizt wird indem eine Flame von dessen Grundfläche aus nach oben brennt und wobei aufzuschäumendes Schüttgut in den unteren Teil des Ofenschachtes eingegeben wird. Die durch die Hitzeeinwirkung aufgeschäumten Partikel werden mit den Feuerungsabgasen aus dem oberen Teil des Ofens abgesaugt. Typischerweise mittels eines Zyklonabscheiders werden Feuerungsabgase und aufgeschäumte Partikel voneinander getrennt. Gemäß der GB 2112770 A wird das aufzuschäumende Schüttgut durch die Mitte der Grundfläche des Ofenschachtes zugeführt. Die Zufuhrstelle ist umgeben von Brennerdüsen für die Befeuerung des Ofenschachtes. Nachteilig an dieser Bauart sind die mangelhaften Einstellbarkeit und Reproduzierbarkeit der Eigenschaften des damit herstellbaren Schüttgutes und dass sich nicht aufschäumbare Materialanteile im Ofenschacht ansammeln . The writings DE 32 29 995 C1, DE 21 30 194 AI and GB 2112770 A show shaft furnaces for foaming Perlite wherein the furnace shaft is heated by a flame of its base burns up and where foamed bulk material entered into the lower part of the furnace shaft becomes. The foamed by the action of heat particles are sucked with the Feuerungsabgasen from the upper part of the furnace. Typically, by means of a cyclone separator combustion fumes and foamed particles are separated from each other. According to GB 2112770 A, the bulk material to be foamed is fed through the center of the base of the furnace shaft. The feed point is surrounded by burner nozzles for firing the furnace shaft. Disadvantageous This type of construction is the inadequate adjustability and reproducibility of the properties of the bulk material that can be produced thereby and that non-foamable material components accumulate in the furnace shaft.
Die DE 32 38 974 AI zeigt einen Schachtofen für das Aufschäumen von Schüttgut aus Perlitepartikeln, wobei der Ofenschacht beheizt wird, indem eine Flamme von der Mitte von dessen Deckfläche her in den Ofenschacht brennt. Das aufzuschäumende Schüttgut wird ebenfalls durch die Deckfläche in den Ofenschacht eingebracht, und zwar durch mehrere, typischerweise 45° geneigte Kanäle, durch welche das Schüttgut sternförmig auf die Mitte des Ofenschachtes zu rieselt, in welcher auch die Flamme brennt. Das Rieseln des Schüttgutes wird durch steuerbar strömende Pressluft, welche ebenfalls durch die die geneigten Kanäle strömt unterstützt und bezüglich der Masse pro Zeit einstellbar. Verbrennungsgase, aufgeschäumte Partikel und ggf. mitgeführte Luft strömen durch die als Trichter ausgebildete untere Stirnseite des Ofenschachtes aus diesem heraus. Verbrennungsabgase und Partikel werden durch Abscheider voneinander getrennt. Wärme des Verbrennungsabgases wird dazu verwendet, das noch aufzuschäumende Schüttgut vor dem Eintritt in den Ofenschacht vorzuwärmen. DE 32 38 974 AI shows a shaft furnace for the foaming of bulk material from perlite particles, wherein the furnace shaft is heated by burning a flame from the center of the top surface forth in the furnace shaft. The foamable bulk material is also introduced through the top surface in the furnace shaft, through several, typically 45 ° inclined channels through which the bulk material trickles in a star shape on the center of the furnace shaft, in which the flame burns. The trickling of the bulk material is supported by controllably flowing compressed air, which also flows through the inclined channels and adjustable in terms of mass per time. Combustion gases, foamed particles and possibly entrained air flow out of the furnace shaft through the lower end face of the furnace shaft designed as a funnel. Combustion gases and particles are separated by separators. Heat from the combustion exhaust gas is used to preheat the still-to-be-foamed bulk material before entering the furnace shaft.
Auch die US 3627285 A und die US 3732071 A zeigen Schachtöfen für das Aufschäumen eines Schüttgutes aus Perlitepartikeln, wobei die aufzuschäumenden Partikel durch eine Öffnung an der oberen Stirnseite des Ofenschachtes in den Ofenschacht eingegeben werden, wobei der Ofenschacht durch eine in diesen mündende Feuerung direkt beheizt wird und wobei aufgeschäumte Partikel und Feuerungsabgase den Ofenschacht durch dessen untere Stirnseite verlassen. Bei den beiden letztgenannten Schriften erfolgt die Befeuerung durch mehrere Flammen, welche durch Düsen in der Mantelfläche des Ofenschachtes in diesen münden. Damit kann gegenüber der Befeuerung von der der oberen Stirnseite des Ofenschachtes her der Temperaturverlauf über die Höhe des Ofenschachtes besser eingestellt werden. Nachteilig an allen Bauweisen mit durch Flammen direkt beheizten Ofenschächten ist, dass das aufzuschäumende Gut mit den Flammen direkt in Kontakt kommt und damit Verbrennungsrückstände aufnimmt, dass durch die Flammen Turbulenzen der Strömung entstehen, wodurch teigiges Material an die Schachtwand gelangt und dort kleben bleibt, und dass die Steuerbarkeit des Temperaturverlaufs über die Höhe des Ofenschachtes immer noch schwierig ist. The US 3627285 A and US 3732071 A show shaft furnaces for foaming a bulk material of perlite particles, wherein the foaming particles are introduced through an opening at the upper end of the furnace shaft in the furnace shaft, the furnace shaft heated directly by an opening into this furnace and wherein foamed particles and combustion exhaust gases leave the furnace shaft through the lower end face. In the latter two publications firing is carried out by several flames, which open into the jacket shaft in the lateral surface of the furnace shaft through these nozzles. Thus, compared to the firing of the upper end of the furnace shaft ago the temperature profile over the height of the furnace shaft can be better adjusted become. A disadvantage of all constructions with furnace shafts directly heated by flames is that the material to be foamed comes into direct contact with the flames and thus absorbs combustion residues that cause turbulence of the flow through the flames, causing doughy material to reach the shaft wall and stick there, and that the controllability of the temperature profile over the height of the furnace shaft is still difficult.
Die CN 201158620 Y, die WO 2009/009817 AI, die AT 504051 AI und die EP 353860 A2 zeigen Schachtöfen für das Aufschäumen eines Schüttgutes aus Perlitepartikeln wobei der Schachtofen einen zentralen vertikalen Ofenschacht aufweist der durch die aufzuschäumenden Partikel von oben nach unten durchströmt wird und welcher durch eine entlang seiner Höhe verlaufende, außerhalb seiner Mantelfläche angeordnete Heizquelle beheizt wird. Damit ist gegenüber den zuvor genannten Bauweisen bessere Einstellbarkeit und Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der aufgeschäumten Partikel erreichbar, weil zusätzlich zu dem Umstand dass der Temperaturverlauf über die Höhe des Ofenschachtes gut stabil einstellbar ist, die Partikel nicht mit Feuerungsabgasen in Kontakt kommen . The CN 201158620 Y, WO 2009/009817 AI, AT 504051 AI and EP 353860 A2 show shaft furnaces for foaming a bulk material of pearlite particles wherein the shaft furnace has a central vertical furnace shaft through which the foaming particles flows from top to bottom and which is heated by a running along its height, arranged outside its lateral surface heat source. In this way, better adjustability and reproducibility of the properties of the foamed particles can be achieved compared with the construction methods mentioned above, because in addition to the fact that the temperature profile over the height of the furnace shaft can be set very stably, the particles do not come into contact with combustion exhaust gases.
Gemäß der AT 504051 AI wird mittels eines am unteren Auslass des Ofenschachtes angeordneten Injektors Luft von oben nach unten durch den Ofenschacht gesaugt, welche mit dem Schüttgut durch die obere Stirnseite des Ofenschachtes in diesen einströmt.  According to AT 504051 AI air is sucked by means of a arranged at the lower outlet of the furnace shaft injector from top to bottom through the furnace shaft, which flows with the bulk material through the upper end face of the furnace shaft in this.
Gemäß der EP 353860 A2 wird mit dem aufzuschäumenden Schüttgut auch Luft an der oberen Stirnseite des Ofenschachtes zugeführt, indem in das Rohr, durch welches Schüttgut zugeführt wird auch ein Rohr einmündet, durch welches Luft eingeblasen wird.  According to EP 353860 A2, with the bulk material to be foamed, air is also supplied to the upper end side of the furnace shaft, through which air is blown into the pipe through which bulk material is supplied.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung entsprechend der WO 2009/009817 AI ist die Querschnittsfläche des Ofenschachtes flach rechteckig, die Mantelfläche des Ofenschachtes ist aus Glaskeramik ausgeführt und die Beheizung des Volumens des Ofenschachtes erfolgt vorwiegend durch Wärmestrahlung, welche von der außerhalb der Mantelfläche des Ofenschachtes angeordneten Heizquelle erzeugt wird und durch die Glaskeramik durchdringt. Damit ist eine sehr schnelle Steuerbarkeit der Hitzeeinwirkung auf das aufzuschäumende Granulat erreichbar. According to a preferred embodiment according to WO 2009/009817 AI, the cross-sectional area of the furnace shaft is flat rectangular, the lateral surface of the furnace shaft is made of glass ceramic and the heating of the volume of the furnace shaft is mainly by heat radiation, which from the outside the lateral surface of the furnace shaft arranged heating source is generated and penetrates through the glass ceramic. This makes it possible to achieve a very rapid controllability of the effect of heat on the granules to be foamed.
Bei den beschriebenen Bauformen mit außerhalb der Mantelfläche des Ofenschachtes angeordneter Heizquelle bleibt das Problem bestehen, dass der Ofenschacht während des Betriebes durch aufgeheizte teigige Partikel des Schüttgutes, welche sich an den Schachtwänden anlegen, langsam zuwächst. In der EP 353860 A2 wird dazu als Abhilfemaßnahme vorgeschlagen mit einem pneumatisch angetrieben Hammer auf die als metallisches Rohr ausgebildete Mantelfläche des Ofenschachtes zu schlagen um durch die Erschütterung das aufgetragene Material abzulösen. Bei den anderen der genannten Bauweisen behilft man sich durch aufwendige manuelle Wartungsarbeiten.  In the described designs with outside of the lateral surface of the furnace shaft arranged heat source, the problem remains that the furnace shaft during operation by heated doughy particles of the bulk material, which invest on the shaft walls, slowly grows. In EP 353860 A2 is proposed as a remedial measure to beat with a pneumatically driven hammer on the formed as a metallic tube shell surface of the furnace shaft to replace the applied material by the vibration. In the other of the construction methods mentioned one manages by consuming manual maintenance.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabenstellung besteht darin, einen Schachtofen für das hitzebedingte Aufschäumen der Partikel eines Schüttgutes bereitzustellen, bei welchem die Eigenschaften der aufgeschäumten Partikel so fein und reproduzierbar einstellbar sind wie bei den diesbezüglich besten Schachtöfen. Gegenüber diesen bekannten Schachtöfen soll das Anhaften von Material an der Innenseite der Mantelfläche des Ofenschachtes besser vermieden werden. The problem underlying the invention is to provide a shaft furnace for the heat-induced foaming of the particles of a bulk material, in which the properties of the foamed particles are so finely and reproducibly adjustable as in the best in this regard shaft furnaces. Compared with these known shaft furnaces the adhesion of material to the inside of the lateral surface of the furnace shaft should be better avoided.
Zum Erfüllen der Aufgabe wird von jener Bau- und Betriebsweise eines Schachtofens ausgegangen, bei welchem die aufzuschäumenden Partikel durch dessen obere Stirnfläche in den Ofenschacht gelangen und diesen von oben nach unten durchströmen und dabei erhitzt und aufgeschäumt werden, wobei die Beheizung des Ofenschachtes durch außerhalb der Mantelfläche des Ofenschachtes entlang dieser angeordneter Heizquellen erfolgt und wobei zusätzlich mit dem Strom von aufzuschäumenden Partikeln auch Gas von oben nach unten durch den Ofenschacht strömt. Als erfindungsgemäße Verbesserung wird vorgeschlagen die aufzuschäumenden Partikel des Schüttgutes und das oben in den Ofenschacht zuzuführende Gas durch getrennte Öffnungen in den Ofenschacht zuzuführen, wobei die Öffnungen für die Zuführung der aufzuschäumenden Partikel weiter von der Mantelfläche des Ofenschachtes entfernt liegen als die Öffnungen für die Zuführung des Gases . To fulfill the task of that construction and operation of a shaft furnace is assumed, in which the foaming particles pass through the upper end face in the furnace shaft and this flow through from top to bottom and thereby heated and foamed, the heating of the furnace shaft by outside the Jacket surface of the furnace shaft along this arranged heating sources takes place and wherein in addition flows with the flow of foaming particles and gas from top to bottom through the furnace shaft. As an improvement according to the invention, it is proposed to feed the foamable particles of the bulk material and the gas to be supplied into the furnace shaft through separate openings into the furnace shaft, wherein the openings for the supply of the foaming particles are further away from the jacket surface of the furnace shaft than the openings for the supply of the Gas.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zugeführte Gas schon zumindest annähernd auf die im Ofenschacht herrschende Maximaltemperatur erhitzt, wenn es in den Ofenschacht einströmt.  In a particularly preferred embodiment, the gas supplied is already at least approximately heated to the prevailing in the furnace shaft maximum temperature when it flows into the furnace shaft.
Durch die genannten Maßnahmen wird erreicht, dass der Strom aus aufzuschäumenden Partikel im Ofenschacht mehr als bei den vorbekannten Bauweisen im mittleren Querschnittsflächenbereich fokus- siert bleibt und dass sich im Ofenschacht weniger oder gar keine Wirbel von strömendem Gas bilden, in denen ansonsten besonders die kleinsten und leichtesten der Partikel aus aufzuschäumenden Material im Ofenschacht so lange kreisen und dabei immer mehr verflüssigen, bis sie schließlich mit der Mantelfläche des Ofenschachtes in Kontakt kommen und an dieser haften bleiben. By the measures mentioned it is achieved that the stream of foaming particles in the furnace shaft remains more focused than in the previously known construction methods in the middle cross-sectional area and that less or no vortexes of flowing gas are formed in the furnace shaft, in which otherwise the smallest and smallest The lightest of the particles of foaming material in the furnace shaft rotate so long and liquefy more and more, until they finally come into contact with the outer surface of the furnace shaft and stick to this.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mantelfläche des Ofenschachtes über ihre Fläche verteilt zusätzlich viele kleine Öffnungen auf, durch welche vorerhitztes Gas in den Ofenschacht strömt. Damit ergibt sich im Ofenschacht eine Strömung von der Mantelfläche weg, womit die Gefahr weiter verringert wird, dass klebrige Partikel an die Mantelfläche gelangen. In a preferred embodiment, the lateral surface of the furnace shaft distributed over its surface additionally many small openings through which preheated gas flows into the furnace shaft. This results in the furnace shaft, a flow away from the lateral surface, whereby the risk is further reduced that sticky particles reach the lateral surface.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Mantelfläche des Ofenschachtes aus mehreren Teilflächen aus Glaskeramik gebildet und Öffnungen der Mantelfläche verlaufen entlang Stoßflächen zwischen benachbarten derartigen Teilflächen. Diese Bauweise ist besonders effizient, einfach herstellbar und robust. In a further preferred embodiment, the lateral surface of the furnace shaft is formed from a plurality of partial surfaces of glass ceramic and openings of the lateral surface extend along abutting surfaces between adjacent such partial surfaces. This construction is particularly efficient, easy to manufacture and robust.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung veranschaulicht: Fig. 1: zeigt in einer stilisierten, nicht maßstäblichen Dar¬ stellung für das Verständnis wichtige Teile eines beispielhaften erfindungsgemäßen Schachtofens in seitlicher Teilschnittansicht . The invention is illustrated by means of a drawing: Fig. 1: shows in a stylized, not to scale Dar ¬ position for understanding important parts of an exemplary shaft furnace according to the invention in a side partial sectional view.
Im Beispiel gemäß Fig. 1 wird der Ofenschacht 1, in welchem bestimmungsgemäß das Aufschäumen von Partikeln stattfindet, seit¬ lich durch eine Mantelfläche 2 begrenzt, welche beispielsweise durch ein Stahlrohr oder durch mehrere Flächen aus Glaskeramik gebildet sein kann. Die Mantelfläche 2 wird radial durch einen Ringspalt 3 umschlossen, in welchem sich Heizelemente 4 befinden. Der Ringspalt 3 wird durch eine isolierende Wand 5 umschlossen. Oben sind der Ofenschacht 1 und der Ringspalt 3 durch eine obere Stirnfläche 6, welche auch aus einem wärmeisolierenden Material bestehen sollte, abgedeckt. Die offene untere Stirnfläche des Ofenschachtes 1 mündet in einen Trichter 11 mit gekühlter Mantelfläche. Der Trichter mündet mit seiner unteren, kleineren Öffnung in ein Rohr 12. In the example of FIG. 1 of the furnace shaft 1, in which determination takes place according to the foaming of particles, since ¬ Lich limited by a casing surface 2 which may for example be formed by a steel tube or by a plurality of surfaces made of glass ceramic. The lateral surface 2 is enclosed radially by an annular gap 3, in which heating elements 4 are located. The annular gap 3 is enclosed by an insulating wall 5. Above the furnace shaft 1 and the annular gap 3 by an upper end face 6, which should also consist of a heat-insulating material, covered. The open lower end face of the furnace shaft 1 opens into a funnel 11 with a cooled jacket surface. The funnel opens with its lower, lower opening in a tube 12th
Im Betriebszustand ist der Ofenschacht 1 zufolge der Heizelemente 4, welche über die Mantelfläche 2 auf ihn einwirken, auf eine Temperatur oberhalb jener Temperatur erhitzt, bei welcher das Material der bestimmungsgemäß aufzuschäumenden Partikel erweicht, sodass es teigig oder zähflüssig wird und zufolge Druck von enthaltenen verdampfenden Substanzen - typischerweise Wasser - aufbläht. In the operating state of the furnace shaft 1 is due to the heating elements 4, which act on the lateral surface 2 on him, heated to a temperature above that temperature at which softens the material of the intended foaming particles so that it is doughy or viscous and due to pressure from contained evaporating Substances - typically water - bloat.
Das Schüttgut aus aufzublähenden Partikeln ist im Trichter 7 an der Oberseite der oberen Stirnfläche 6 angeordnet. Es rieselt durch einen kegelstumpfmantelförmigen Ringspalt, dessen Stärke durch einen beweglichen, kegelstumpfförmigen Verschlussteil einstellbar ist, von oben in den Ofenschacht 1 und fällt in diesem nach unten, wobei es erhitzt und aufgebläht wird.  The bulk material to be inflated particles is arranged in the hopper 7 at the top of the upper end face 6. It trickles through a truncated cone-shaped annular gap whose thickness is adjustable by a movable, frusto-conical closure part, from above into the furnace shaft 1 and falls down in this, wherein it is heated and inflated.
Am seinem unteren Ende verjüngt sich der Ofenschacht 1 zu einem Trichter 11, welcher eine gekühlte Mantelfläche aufweisen kann und mündet schließlich in eine Rohrleitung 12. Die von oben kommenden, inzwischen aufgeschäumten ober noch heißen und teigigen Partikel schlagen im Allgemeinen nicht auf den Trichter 11 auf, sondern fallen direkt in die wegführende Rohrleitung 12, und werden durch den darin fließenden relativ kühlen Luftstrom gekühlt und damit verfestigt. Die Partikel schlagen deswegen nicht auf den Trichter 11 auf, weil sie durch die im Ofenschacht 1 erzwungene Gasführung tendenziell eher in der Schachtmitte fallen als an den Schachtwänden und weil das im Ofenschacht 1 erzwungenerma- ßen nach unten strömende Gas im Bereich des durch die Trichterwände verengten Fließquerschnitts mit relativ hoher Geschwindigkeit etwa parallel zu den Trichterwänden zu der Öffnung zu der Rohrleitung 12 hin fließt und dabei die dort schon schaumig leichten Partikel in die Rohrleitung 12 mitreißt bevor diese die Trichterwände berühren können. Es ist vorteilhaft, die Gasströmung durch den Ofenschacht 1 so stark einzustellen, dass wirklich keine oder nur extrem wenige Partikel an die Wände des Trichters 11 gelangen, da diese Partikel ansonsten dort festkleben und alsbald einen stark störenden Kuchen aufbauen der in mühsamen und häufigen Wartungsarbeiten wieder abgetragen werden muss. At its lower end, the furnace shaft 1 tapers to a funnel 11, which may have a cooled lateral surface and finally empties into a pipe 12. The coming from above, now foamed upper still hot and doughy particles generally do not strike the funnel 11, but fall directly into the pipe 12 leading away, and are cooled by the flowing therein relatively cool air flow and solidified with it. The particles therefore do not strike the funnel 11, because they tend to fall in the middle of the shaft through the forced passage in the shaft shaft 1 than at the shaft walls and because in the furnace shaft 1 forced down flowing gas in the region of the constricted by the funnel walls Flow cross-section at a relatively high speed approximately parallel to the funnel walls to the opening to the pipe 12 out and thereby entrains the already frothy light particles in the pipe 12 before they can touch the funnel walls. It is advantageous to adjust the gas flow through the furnace shaft 1 so strong that really get no or only extremely few particles on the walls of the hopper 11, as these particles otherwise stick there and soon build a strong disturbing cake in tedious and frequent maintenance again must be removed.
Die Rohrleitung 12 ist mit einer Gasströmung beaufschlagt, durch welche die Partikel gekühlt und damit verfestigt werden und dann über einen Abscheider oder einen Filter in ein Speicherbehältnis bewegt werden. Die Gasströmung wird durch eine von der Einmün- dungsstelle des Trichters 11 stromabwärts gelegene - nicht dargestellte - Saugvorrichtung, beispielsweise ein Lüfterrad, erzeugt. Bevorzugt ist die Saugvorrichtung auch stromabwärts des Abscheiders bzw. Filters für das Abtrennen von aufgeschäumten Partikeln aus dem Fördergasstrom angeordnet.  The pipeline 12 is acted upon by a gas flow, through which the particles are cooled and thus solidified and then moved via a separator or a filter in a storage container. The gas flow is generated by a suction device, for example a fan impeller, which is located downstream from the point of introduction of the funnel 11 and not shown. Preferably, the suction device is also arranged downstream of the separator or filter for the separation of foamed particles from the conveying gas flow.
Stromaufwärts von der Mündung des Trichters 11 in die wegführende Leitung 12 ist ein Ventil 13 in der Leitung 12 angeordnet. Je nachdem, wie sehr dieses Ventil 13 geöffnet oder geschlossen ist, fließt weniger oder mehr Gasstrom aus dem Ofenschacht 1 heraus oder durch das Ventil 13 in die Leitung 12. Upstream of the mouth of the funnel 11 in the discharge line 12, a valve 13 is disposed in the conduit 12. Depending on how much this valve 13 is open or closed, flows less or more gas flow out of the furnace shaft 1 or through the valve 13 in the line 12th
In den Ofenschacht 1 hinein fließt ein Gasstrom durch kranzartig um den Zufuhrtrichter 7 angeordnete Zufuhrleitungen 8, welche durch die obere Stirnfläche 6 hindurchführen und durch eine gemeinsame Leitung 10 gespeist werden, welche in Abhängigkeit von den Ventilstellungen an für sie zuführenden Leitungen mehr oder minder aus dem beheizten Ringspalt 3 oder aus einer anderen Quelle gespeist wird.  Into the furnace shaft 1 into a gas flow flows through the intake funnel 7 arranged like a feed line 8, which pass through the upper end face 6 and are fed by a common line 10, which depending on the valve positions on them for supplying lines more or less from the heated annular gap 3 or from another source is fed.
Vom Ringspalt 3 fließt beheiztes Gas auch direkt durch die Mantelfläche 2 des Ofenschachtes 1 in den Ofenschacht 1. Indem mittels eines Ventils in einer Gaszufuhr 14 zum Ringspalt 3 eingestellt wird, wie viel Gas in den Ringspalt nachströmen kann, wird auch einstellbar, wie viel Gas durch die Öffnungen 9 vom Ringspalt 3 in den Ofenschacht 1 fließt.  From the annular gap 3 heated gas flows directly through the lateral surface 2 of the furnace shaft 1 in the furnace shaft 1. By adjusting by means of a valve in a gas supply 14 to the annular gap 3, how much gas can flow into the annular gap, is also adjustable how much gas flows through the openings 9 from the annular gap 3 in the furnace shaft 1.
Die im Ringspalt 3 angeordneten Heizelemente 4 erhitzen das im Ringspalt 3 enthaltene Gas, sodass das von Ringspalt 3 in den Ofenschacht fließende Gas schon mindestens etwa auf die Erweichungstemperatur des aufzuschäumenden Materials erhitzt ist. Indem dieses Gas somit etwa gleiche Temperatur wie das schon im Ofenschacht befindliche Gas hat, ruft es im Ofenschacht 1 so gut wie keine turbulenten Strömungen hervor, welche die Gefahr erhöhen würden, dass aufzuschäumende Partikel an die Mantelfläche 2 gelangen.  The arranged in the annular gap 3 heating elements 4 heat the gas contained in the annular gap 3, so that the gas flowing from the annular gap 3 in the furnace shaft gas is already heated at least approximately to the softening temperature of the material to be foamed. By this gas thus has approximately the same temperature as the gas already in the furnace shaft, it calls in the furnace shaft 1 as well as no turbulent flows, which would increase the risk that aufschäumende particles reach the lateral surface 2.
Natürlich kann man im Rahmen des Erfindungsgedankens das Volumen der verschiedenen Gasströmungen auch in anderer Weise als mittels der dargestellten Ventile einstellen. Of course, within the scope of the inventive idea, the volume of the different gas flows can also be set in a different way than by means of the illustrated valves.
Die optimale Größe der einzelnen Gasströmungen bzw. die optimalen Ventileinstellungen sind im Rahmen des fachmännischen Handelns gut durch Näherungsüberlegungen und Versuche zu ermitteln, weswegen hier nicht weiter darauf eingegangen wird. Indem gegenüber Vorrichtungen aus dem Stand der Technik der Gasdurchsatz durch den Ofenschacht 1 erhöht ist, ist für die gleiche Menge an aufzuschäumendem Schüttgut auch der Bedarf an Wärmeenergie, welche dem Ofenschacht 1 zuzuführen ist, erhöht. Der Wert des Vorteils, dass beim erfindungsgemäßen Schachtofen kein Verkleben von aufzuschäumendem Material mit der Mantelfläche 2 und mit der Trichterfläche 11 stattfindet, übersteigt bei üblichen Preisen je Kilowattstunde die Kosten der zusätzlich erforderlichen Energie bei weitem. The optimum size of the individual gas flows or the optimal valve settings are well within the framework of expert action to determine by approximate considerations and experiments, which is why not discussed further here. By increasing the gas flow rate through the furnace shaft 1 as compared with prior art devices, the need for thermal energy to be supplied to the furnace shaft 1 is increased for the same amount of bulk material to be foamed. The value of the advantage that the shaft furnace according to the invention no bonding of aufzuschäumendem material takes place with the lateral surface 2 and with the funnel surface 11, exceeds the usual additional costs per kilowatt hour, the cost of additional energy required by far.
Natürlich ist es sinnvoll und technisch problemlos machbar, Abwärme aus dem Gasstrom in der wegführenden Leitung 12 wieder für das Erwärmen des Ofenschachtes oder anderweitig sinnvoll zu nutzen, sodass diese Wärmeenergie nicht verloren ist.  Of course, it makes sense and technically easily feasible to use waste heat from the gas flow in the outgoing line 12 again for heating the furnace shaft or otherwise useful, so that this heat energy is not lost.
Das durch den Ofenschacht 1 den Ringspalt 3 und die diversen Leitungen strömende Gas ist im Normalfall mehr oder minder stark erhitzte Luft aus der Umgebung. Natürlich kann es für mache speziellen Materialien sinnvoll sein stattdessen ein spezielleres, typischerweise ein inertes Gas zu verwenden. The gas flowing through the furnace shaft 1, the annular gap 3 and the various lines of gas is normally more or less strongly heated air from the environment. Of course, it may be useful for some special materials to use a more specific, typically inert, gas instead.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schachtofen für das hitzebedingte Aufschäumen von Partikeln eines Schüttgutes, wobei die aufzuschäumenden Partikel durch dessen obere Stirnfläche (6) in den Ofenschacht (1) gelangen, diesen von oben nach unten durchströmen und dabei erhitzt und aufgeschäumt werden, wobei die Beheizung des Ofenschachtes (1) durch außerhalb der Mantelfläche (2) des Ofenschachtes (1) entlang dieser angeordneter Heizquellen (4) erfolgt und wobei zusätzlich mit dem Strom von aufzuschäumenden Partikeln auch Gas von oben nach unten durch den Ofenschacht (1) strömt, 1. shaft furnace for the heat-induced foaming of particles of a bulk material, wherein the foaming particles pass through the upper end face (6) in the furnace shaft (1), this flow through from top to bottom and thereby heated and foamed, wherein the heating of the furnace shaft ( 1) through outside of the lateral surface (2) of the furnace shaft (1) along this arranged heating sources (4) and wherein in addition to the flow of foaming particles and gas flows from top to bottom through the furnace shaft (1),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
für das Zuführen der aufzuschäumenden Partikel des Schüttgutes und das Einfließen von Gas in den oberen Teil des Ofenschachtes (1) getrennte Zuführungen im oberen Teil der Begrenzung des Ofenschachtes (1) vorhanden sind, wobei die Öffnungen für die Zuführung der aufzuschäumenden Partikel weiter von der Mantelfläche (2) des Ofenschachtes (1) entfernt liegen als die Öffnungen (8) für die Zuführung des Gases.  for supplying the foamed particles of the bulk material and the inflow of gas into the upper part of the furnace shaft (1) separate feeds in the upper part of the boundary of the furnace shaft (1) are present, wherein the openings for the supply of foaming particles further from the lateral surface (2) of the furnace shaft (1) are located as the openings (8) for the supply of the gas.
2. Schachtofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in den oberen Teil des Ofenschachtes (1) zugeführte Gas - gemessen in °C - auf mindestens 50% der im Ofenschacht (1) herrschenden Maximaltemperatur erhitzt ist. 2. shaft furnace according to claim 1, characterized in that in the upper part of the furnace shaft (1) supplied gas - measured in ° C - is heated to at least 50% of the furnace shaft (1) prevailing maximum temperature.
3. Schachtofen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Öffnungen (8) für die Zuführung des Gases an der oberen Stirnfläche (6) des Ofenschachtes (1) entlang der Kante zu der Mantelfläche (2) des Ofenschachtes um eine Öffnung für die Zuführung von aufzuschäumenden Partikeln herum angeordnet sind. Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (2) des Ofenschachtes (1) über ihre Fläche verteilt viele kleine Öffnungen (9) aufweist, durch welche der Ofenschacht (1) mit einem Ringspalt3. shaft furnace according to claim 1 or claim 2, characterized in that a plurality of openings (8) for the supply of the gas to the upper end face (6) of the furnace shaft (1) along the edge to the lateral surface (2) of the furnace shaft to an opening are arranged for the supply of foaming particles around. Shaft furnace according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lateral surface (2) of the furnace shaft (1) distributed over its surface many small openings (9) through which the furnace shaft (1) with an annular gap
(3) in Strömungsverbindung ist, in welchem die Heizquellen(3) is in fluid communication in which the heat sources
(4) angeordnet sind und dass im Ringspalt (3) ein höherer Druck herrscht als im Ofenschacht (1) . (4) are arranged and that in the annular gap (3) there is a higher pressure than in the furnace shaft (1).
Schachtofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (2) des Ofenschachtes (1) aus mehreren Teilflächen aus Glaskeramik gebildet ist und dass die Öffnungen (9) der Mantelfläche entlang Stoßflächen zwischen benachbarten derartigen Teilflächen verlaufen. Shaft furnace according to claim 4, characterized in that the lateral surface (2) of the furnace shaft (1) is formed of a plurality of partial surfaces of glass ceramic and that the openings (9) of the lateral surface along abutting surfaces between adjacent such partial surfaces.
Schachtofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die offene untere Stirnseite des Ofenschachtes (1) in eine Leitung (12) mündet, welche mit Saugdruck beaufschlagt ist. Shaft furnace according to one of claims 1 to 5, characterized in that the open lower end face of the furnace shaft (1) opens into a conduit (12), which is acted upon by suction pressure.
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